Le vecchie cellule umane invecchiate possono ritornare più giovani, è quanto hanno scoperto i ricercatori di Stanford. La scoperta potrebbe avere implicazioni per la ricerca sull’invecchiamento.

Le vecchie cellule umane tornano a uno stato più giovane e vigoroso dopo essere state indotte ad esprimere brevemente un gruppo di proteine ​​coinvolte nello sviluppo embrionale, è quanto riportato da autorevoli fonti circa un nuovo studio condotto dai ricercatori della Stanford University School of Medicine.

I ricercatori hanno anche scoperto che i topi anziani hanno riacquistato forza dopo che le loro cellule staminali muscolari sono state sottoposte al trattamento ringiovanente delle proteine ​​e trapiantate nei loro corpi.

I fattori Yamanaka per trasformare le cellule adulte in cellule staminali pluripotenti 

Le proteine, note come fattori Yamanaka, sono comunemente usate per trasformare le cellule adulte in cellule staminali pluripotenti indotte o cellule iPS. Le cellule staminali pluripotenti indotte possono diventare qualsiasi tipo di cellula nel corpo, indipendentemente dalla cellula da cui hanno origine.

Lo studio ha scoperto che indurre vecchie cellule umane in una capsula da laboratorio per esprimere brevemente queste proteine ​​riavvolge molte delle caratteristiche molecolari dell’invecchiamento e rende le cellule trattate quasi indistinguibili dalle loro controparti più giovani.

Quando le cellule iPS sono prodotte da cellule adulte, diventano sia giovani che pluripotenti“, ha affermato Vittorio Sebastiano, assistente professore di ostetricia e ginecologia e studioso della Facoltà di famiglia di Woods in Medicina traslazionale pediatrica. “Ci siamo chiesti da un po ‘di tempo se fosse possibile semplicemente riavvolgere il vecchio orologio senza indurre pluripotenza. Ora abbiamo scoperto che, controllando strettamente la durata dell’esposizione a questi fattori proteici, possiamo promuovere il ringiovanimento in più tipi di cellule umane “.

Sebastiano è l’autore senior dello studio, che è stato pubblicato online su Nature Communications il 24 marzo. L’ex studente laureato Tapash Sarkar, è l’autore principale dell’articolo.

Siamo molto entusiasti di questi risultati“, ha affermato il coautore dello studio Thomas Rando, professore di neurologia e scienze neurologiche e direttore del Glenn Center for the Biology of Aging di Stanford. “Abbiamo perseguito il ringiovanimento dei tessuti da quando nei primi anni 2000 i nostri studi hanno rivelato qualcosa di promettente. I fattori sistemici possono rendere più giovani i vecchi tessuti. Nel 2012, Howard Chang e io abbiamo proposto il concetto dei fattori di riprogrammazione. Il fine era il ringiovanimento di cellule e tessuti. E’ molto gratificante vedere adesso prove di successo con questo approccio.”

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Esposizione alle proteine

I ricercatori del laboratorio di Sebastiano producono cellule iPS da cellule adulte, come quelle che compongono la pelle, esponendole ripetutamente per un periodo di circa due settimane a un gruppo di proteine ​​importanti per lo sviluppo embrionale precoce. Lo fanno introducendo messaggi RNA quotidiani di breve durata nelle cellule adulte. I messaggi RNA codificano le istruzioni per produrre le proteine ​​Yamanaka. Nel tempo, queste proteine ​​riavvolgono il destino delle cellule, spingendole all’indietro lungo la linea temporale dello sviluppo fino a quando non assomigliano alle giovani cellule pluripotenti simili all’embrione da cui hanno avuto origine.

Durante questo processo le cellule non solo perdono ricordi delle loro identità precedenti, ma ritornano a uno stato più giovane.

Eseguono questa trasformazione cancellando il loro DNA dai tag molecolari. Essi non solo differenziano, diciamo, una cellula della pelle da una cellula del muscolo cardiaco, ma da altri tag che si accumulano con l’invecchiamento cellulare.

Recentemente i ricercatori hanno iniziato a chiedersi se esporre le cellule adulte alle proteine ​​di Yamanaka per giorni anziché per settimane avrebbe potuto innescare questa inversione giovanile senza indurre pluripotenza totale. In effetti, i ricercatori del Salk Institute for Biological Studies hanno scoperto nel 2016 che esprimendo brevemente i quattro fattori Yamanaka nei topi con una forma di invecchiamento precoce ha prolungato la durata della vita degli animali di circa il 20%. Ma non era chiaro se questo approccio avrebbe funzionato anche negli esseri umani.

La riprogrammazione delle cellule con materiale genetico di Sarkar e Sebastiano

Sarkar e Sebastiano si chiedevano se le vecchie cellule umane avrebbero reagito in modo simile e se la risposta sarebbe stata limitata a pochi tipi di cellule o generalizzata per molti tessuti. Hanno escogitato un modo per usare materiale genetico chiamato messenger RNA per esprimere temporaneamente sei fattori di riprogrammazione – i quattro fattori Yamanaka più due proteine ​​aggiuntive – nella pelle umana e nelle cellule dei vasi sanguigni. Messenger RNA si degrada rapidamente nelle cellule, consentendo ai ricercatori di controllare strettamente la durata del segnale.

I ricercatori hanno quindi confrontato i modelli di espressione genica delle cellule trattate e delle cellule di controllo. Entrambi ottenuti da adulti anziani. con quelli delle cellule non trattate dei giovani. Hanno scoperto che le cellule degli anziani mostravano segni di inversione dell’invecchiamento dopo soli quattro giorni di esposizione ai fattori di riprogrammazione. Mentre le cellule anziane non trattate esprimevano livelli più elevati di geni associati a percorsi di invecchiamento noti. Le cellule anziane trattate assomigliavano più da vicino alle cellule più giovani nei loro schemi di espressione genica.

Quando i ricercatori hanno studiato i modelli di tag chimici associati all’invecchiamento chiamati gruppi metilici, che fungono da indicatore dell’età cronologica di una cellula, hanno scoperto che le cellule trattate sembravano in media tra 1 e 3 anni più giovani rispetto alle cellule non trattate degli anziani, con picchi di 3 anni e mezzo (nelle cellule della pelle) e 7 anni e mezzo (nelle cellule che rivestono i vasi sanguigni).

Confronto dei segni distintivi dell’invecchiamento

Successivamente hanno confrontato diversi segni distintivi dell’invecchiamento. Tra questi il modo in cui le cellule percepiscono i nutrienti. Essi metabolizzano i composti per creare energia e smaltire i rifiuti cellulari. Questo avviene tra cellule di persone giovani, cellule trattate da anziani e cellule non trattate da anziani.

 “Abbiamo visto un drammatico ringiovanimento su tutti i segni distintivi. Ma uno su tutti i tipi di cellule testati lo abbiamo condotto sulle cellule staminali muscolari“, ha detto Sebastiano. “Sebbene siano naturalmente dotati della capacità di auto-rinnovarsi, questa capacità diminuisce con l’età. Ci siamo chiesti: possiamo anche ringiovanire le cellule staminali e avere un effetto a lungo termine?

I ricercatori infatti hanno scoperto che i topi anziani riguadagnavano la forza muscolare dei topi più giovani dopo il trapiantato vecchie cellule staminali muscolari.

Infine, i ricercatori hanno isolato le cellule dalla cartilagine delle persone con e senza artrosi. Hanno scoperto che l’esposizione temporanea delle cellule osteoartritiche ai fattori di riprogrammazione ha ridotto la secrezione di molecole infiammatorie e migliorato la capacità delle cellule di dividersi e funzionare.

Prossimi step

I ricercatori stanno ora ottimizzando il pannello di riprogrammazione delle proteine ​​necessarie per ringiovanire le cellule umane e stanno esplorando la possibilità di trattare cellule o tessuti senza rimuoverli dal corpo.

Sebbene sia necessario molto più lavoro, speriamo di poter un giorno avere l’opportunità di riavviare interi tessuti“, ha detto Sebastiano. “Ma prima vogliamo assicurarci che questo sia rigorosamente testato in laboratorio e trovato sicuro.

La ricerca è stata sostenuta da:

National Institutes of Health (concede R01 AR070865, R01 AR070864, ​​P01 AG036695, R01 AG23806, R01 AG057433 e R01 AG047820).

Glenn Foundation for Medical Research.

American Federation for Aging Research.

The Department of Veterans Affairs. 

 

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